Đặt vấn đề Trong bối cảnh khu vực Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh ngày càng được mở rộng, kết hợp với tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên sắp hoàn thành, điều này làm tăng nhu cầu đi lại của lượng lớn sinh viên và người dân trong khu vực. Nhận thấy nhu cầu cần thiết như vậy, tác giả đã có ý tưởng phát triển một hệ thống xe điện 16 chỗ ngồi để phục vụ nhu cầu đi lại trong khu vực này. Những yêu cầu vận tải như: lượng hành khách đông, mật độ lớn, cự ly di chuyển ngắn…rất phù hợp với các tính năng hoạt động của xe điện nên đây là đề tài mang tính ứng dụng cao. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu tính toán sao cho xe điện đáp ứng được đầy đủ những tính năng hoạt động, hiệu quả sử dụng cao, tiện lợi cho người sử dụng, đặc biệt là bảo vệ môi trường đang là ưu tiên hàng đầu.
Để đảm bảo được những yêu cầu đó cho việc thiết kế một chiếc điện, một trong những phương pháp để làm giảm bớt thời gian kiểm tra thực nghiệm là sử dụng phương pháp mô phỏng số, dựa trên những công cụ mô phỏng là những phần mềm mô phỏng. Nghiên cứu tính năng động lực học của xe thiết kế là một trong những bước đầu tiên để thiết kế một chiếc xe hoàn chỉnh, từ đó có thể xác định được những yếu tố cần phải thay đổi khi thiết kế, mặt khác đánh giá được hiệu quả sử dụng của xe. Ý tưởng nghiên cứu tính năng động lực của xe điện cũng được đưa ra từ những phân tích trên. Đồng thời dựa trên những kiến thức nền tảng có sẵn từ đề tài luận văn đại học “thiết kế xe điện 16 chỗ”, công cụ mô phỏng số là chương trình mô phỏng ADVISOR được sử dụng miễn phí, là cơ sở, là điều kiện để ý tưởng khoa học này phát triển đề tài nghiên cứu khoa học.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Nghiên cứu ở nước ngoài Tình hình sản xuất và sử dụng xe điện trên thế giới hiện nay rất phát triển, các hãng xe cũng như các nước đều nhảy vào cuộc cạnh tranh trong lĩnh vực chế tạo loại xe thân thiện với môi trường này. Nỗ lực của họ thường được hỗ trợ bởi những chính 2 sách khuyến khích tài chính và miễn giảm thuế. Điều này dẫn tới việc hạ giá thành ôtô điện, giúp cho loại xe này có thể cạnh tranh được với giá của những loại ôtô thông thường, được trang bị động cơ đốt trong.
Giá của ôtô điện hiện ở mức 25.000 USD, so với hơn 40.000 USD trước đây. Mitsubishi đã giới thiệu một ôtô điện bốn chỗ ngồi với giá 30.500 USD, sau khi Chính phủ Nhật Bản có chính sách khuyến khích tài chính với công ty này. Nissan đã giới thiệu một ôtô điện khác với giá 32.000 USD và cũng đã nhận được sự trợ giúp tài chính từ Chính phủ Nhật Bản, giúp giảm từ giá bán ban đầu là 40. Mẫu ôtô này sẽ có mặt tại thị trường Mỹ với giá 25.000 USD nhờ chính sách miễn thuế đối với ôtô điện ở Mỹ.
Tại Trung Quốc, công ty ôtô quốc doanh Trung Quốc đã bắt đầu bán ôtô điện với giá 25. Tại Mỹ, Ford đang có kế hoạch bắt đầu tiếp thị ôtô điện vào cuối năm 2011. Hàn Quốc đã sản xuất xe điện, nhưng đó là xe điện tốc độ chậm, xe ý tưởng định hướng mẫu xe tương lai hay xe chạy xăng chuyển đổi. Chưa có xe điện tốc độ cao với vận tốc hơn 100km/giờ để sản xuất đại trà.
Kỷ nguyên xe điện tốc độ cao sẽ mở ra tại Hàn Quốc vào năm tới. Bộ Kinh tế và tri thức hôm 9/9 tại Phủ tổng thống đã giới thiệu dòng xe điện cỡ nhỏ tốc độ cao mang tên BlueOn. Tại đây, Bộ cũng đã công bố kế hoạch sản xuất 1 triệu chiếc xe này cho đến năm 2020. Theo kế hoạch, việc sản xuất đại trà xe điện sẽ được đẩy nhanh từ năm 2017 thành 2014 và khoảng 20% thị phần xe trong nước sẽ được thay thế bởi xe điện vào năm 2020.
Chính phủ Đức đã cam kết đưa 1.000 xe điện áp dụng trên đường bộ của nước này vào năm 2020. Bà Angela Merkel, Thủ tướng Đức, đã có cuộc gặp gỡ với nhiều nhà điều hành hàng đầu từ các ngành công nghiệp ôtô của nước này tại Berlin vào ngày thứ Hai để khởi động kế hoạch quốc gia vận động phát triển điện. Tại sự kiện này, VW đã trình bày mẫu 2013 Golf blue, một phiên bản dành cho tất cả các mẫu xe điện của mô hình thành công nhất ở châu Âu. Ta thấy rằng, xe điện lai hybrid hay xe điện được phát triển mạnh mẽ, sử dụng rộng khắp trên thế giới nên tình hình nghiên 3 cứu khoa học của xe điện cũng phát triển theo xu hướng đó.
Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào ba mảng chính là nghiên cứu về nguồn năng lượng, nghiên cứu về hệ thống điều khiển, nghiên cứu về khả năng truyền động. Cụ thể: -Về Nguồn năng lượng: Nghiên cứu phát triển siêu pin dành cho xe Hybrid. Mô phỏng, đánh giá hiệu suất của xe điện khi dùng siêu tụ. Mô hình pin trong đánh giá tính năng động lực học của xe.
Mô hình hệ thống pin Lithium-ion. Đánh giá tính năng nạp xả của acquy Chì-axit… -Hệ thống điều khiển: Mô hình hóa và kiểm soát năng lượng cho bình điện. Tối ưu hệ thống điều khiển… -Truyền động: Mô hình, phân tích đánh giá động cơ điện bố trí tại bốn bánh xe. Sử dụng phần mềm ADVISOR kết hợp Backward/Forward approach để mô phỏng hệ thống truyền lực xe điện… 1.
Nghiên cứu tại Việt Nam Trong những năm gần đây ở Việt Nam, nhiều mẫu xe điện được các đơn vị tư nhân cũng như sinh viên các Trường Đại học thiết kế và chế tạo, ví dụ: xe điện cá nhân PET của sinh viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, xe điện dùng năng lượng mặt trời của sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thủ Đức, xe điện dùng năng lượng mặt trời của sinh viên Trường Đại học Cần Thơ, hệ thống động lực của ô tô lai nhiệt – điện của GS.Bùi Văn Ga thuộc Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, xe điện do ông Đặng Thế Minh ở Hà Nội chế tạo. So với các mẫu xe điện của các hãng xe nước ngoài, các mẫu xe điện đã được thiết kế và chế tạo tại Việt Nam chỉ dừng lại ở mức hiện thực hóa các ý tưởng – chưa phát triển thành sản phẩm thương mại hoàn chỉnh, đặc biệt là các hệ thống điều khiển còn đơn giản – chưa phát huy ưu điểm phanh hãm tái sinh (re-generative braking) của các hệ thống dẫn động điện, các cụm chức năng khác (phanh, treo, lái) vẫn tương tự như của ô tô thông thường. Việt Nam đang đứng trước những khó khăn nhất định trong việc sản xuất ô tô sử dụng động cơ nhiệt với rất nhiều quy trình cơ khí chính xác đòi hỏi sự phát triển nhanh của các ngành công nghiệp cơ khí – động cơ nhiệt. Những khó khăn này không thể 4 vượt qua chỉ trong vài năm và kinh nghiệm cho thấy rằng đã 15 năm trôi qua nhưng nước ta vẫn chưa tự sản xuất (nội địa hóa) được ô tô, trong đó động cơ nhiệt là rào cản lớn nhất.
Khả năng nội địa hóa của công nghiệp ô tô Việt nam hiện nay chỉ khoảng 10- 15%, kể cả hãng ô tô liên doanh lớn nhất là Toyota Việt nam. Đối với xe điện, hệ truyền động bao gồm ba thành phần chính yếu: một động cơ điện (có thể kết hợp với hộp số bánh răng), hệ thống điện tử công suất, và một hệ thống tích trữ năng lượng (ắc-quy). Ngày nay công nghệ liên quan đến ba thành phần chính này đang được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt là công nghệ pin được đầu tư lớn nhất nhằm ngày càng nâng cao dung lượng pin, giảm giá thành sản phẩm.
Tuy nhiên công nghệ tích hợp các bộ phận này, hay nói cách khác chính là công nghệ xe điện, thì vẫn đang ở trong giai đoạn đầu, đang được đầu tư nghiên cứu và phát triển để cho ra các sản phẩm xe điện đa dạng, kinh tế. Sự tiếp cận công nghệ xe điện với những công nghệ tiên tiến về nguồn điện, các bộ điều khiển hiện đại ứng dụng điện tử - tin học cho phép nghiên cứu một quy trình thiết kế, sản xuất xe điện gọn nhẹ hơn. Việt nam có thể đi tắt đón đầu để có thể sản xuất ra những chiếc xe vừa đáp ứng các tiêu chuần về môi trường, sử dụng nhiên liệu sạch, vừa theo kịp các công nghệ tiên tiến về xe điện của các nước có nền công nghiệp ô tô mạnh trên thế giới. Nhất là cho đến năm 2018, khi Việt nam sẽ phải dỡ bỏ hoàn toàn hàng rào thuế quan về ô tô trong khu vực AFTA sẽ cho phép Việt nam với công nghiệp xe điện tiên tiến có khả năng vươn lên mạnh mẽ trong công nghiệp ô tô và các ngành công nghiệp kéo theo khác.
Vì vậy, việc nghiên cứu và thiết kế, chế tạo thành công mẫu xe điện sẽ nâng cao trình độ nghiên cứu, thiết kế và chế tạo trong nước, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí – tự động hóa, điện – điện tử và điều khiển tự động; đáp ứng chủ trương “đi tắt, đón đầu” trong nghiên cứu khoa học và công nghệ. Trên cả nước, đây là một đề tài KH&CN hoàn toàn mới. Trên thế giới, đề tài này không phải là mới, tuy nhiên, sản phẩm của các hãng ô tô hay của các Trường ĐH và Trung tâm nghiên cứu phần lớn vẫn là mô hình ý tưởng, chưa được thương mại hóa rộng rãi. Với công nghệ, trình độ và kỹ thuật 5 trong nước hiện nay, việc hướng đến phát triển xe điện với các hệ thống chức năng vận hành và điều khiển hoàn toàn bằng điện hoàn toàn phù hợp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi giới hạn về thời gian, nguồn lực và yêu cầu của luận văn thạc sĩ, đề tài này chỉ giới hạn nghiên cứu như sau: 1. Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tính năng hoạt động của xe điện 16 chỗ ngồi. -Khả năng kéo, -Khả năng tăng tốc của xe, -Khả năng leo dốc, -Hiệu quả sử dụng năng lượng, -Ảnh hưởng của nguồn tích trữ năng lượng điện tới tính năng động lực học. Phạm vi nghiên cứu: -Tìm hiểu về xe điện, lịch sử phát triển và cơ hội phát triển xe điện hiện nay như thế nào.
-Xác định các thông số kỹ thuật của xe điện 16 chỗ. - Tìm hiểu ứng dụng phần mềm Advisor trong nghiên cứu các tính năng của ôtô nói chung và xe điện nói riêng.